Атомная энергетика

Атомная
энергетика
Содержание

Базы ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ. Методы получения энергии
Методы организации реакции горения, цепные реакции
Принцип построения атомной энергетики.Элементы ядерной
физики .Строение атомов, ядер
Ядерные реакции
Ядерный реактор
Трудности развития энергетики
Классификация ядерных реакторов
Реакторы с водой под давлением .Кипящие реакторы
Схема ядерного реактора в Англии

Ядерный реактор (фото)








Базы ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Методы получения энергии
В наше время, с каждым годом возрастают потребности человечества в энергии.
На получение нужного количества энергии затрачивается приблизительно 30%
производственных усилий человека. Совсем разумеется, что полный запас
энергии в природе в согласовании с законом сохранения энергии не изменяется.
Поэтому процесс получения энергии представляет собой перевод энергии из
связанной ( энергия покоя ) в свободную форму ( энергию относительного
движения тел). Свободная энергия скоро рассеивается в пространстве, поэтому её
можно употреблять.
Итак мы приходим к тому, что нужно уметь вызывать процессы, которые
приводят к убыли массы тел и эквивалентному выигрышу свободной энергии.
Естественно, получать энергию можно только при условии существования
достаточного количества топлива. Пусть микрочастицы вещества топлива
находятся в состоянии с энергией E1 и существует другое вероятное состояние
этих частиц с энергией E2 ( E1 > E2 ). В принципе есть возможность перехода во
второе состояние, но ему препятствует существование энергетического барьера,
то есть некого нужного промежуточного состояния с энергией E’ ( E’ > E1 ).
таковым образом процесс сжигания топлива обязан быть инициирован неким
внешним возбуждением.
Методы организации реакции горения, цепные реакции
Существует два метода возбуждения реакции горения топлива. Первый - внедрение
кинетической энергии столкновения частиц ( термоядерный процесс ). Другой метод
состоит в использовании энергии связи присоединяющихся частиц. Для возбуждения
таковой реакции необходимо направлять в топливо активные частицы.
довольно огромное количество вещества может испытать перевоплощение только при
самоподдерживающейся цепной реакции.
Цепная реакция владеет следующим принципиальным свойством - акт реакции
возбуждается при поглощении частицы, а в итоге её обязаны появляться вторичные
активные частицы.
При ядерных превращениях носителем цепного процесса может служить нейтрон,
поскольку он не имеет электрического заряда и может беспрепятственно сближаться с
атомными ядрами. Посреди узнаваемых ядерных реакций только одна владеет свойством
цепных реакций. Это реакция деления тяжелых ядер, которые просто возбуждаются
нейтроном и дают в среднем 2,5 на акт деления вторичных нейтронов. Основную
трудность представляет собой не организация цепной реакции, а получение
незапятнанных делящихся веществ. Принципиальной чертой цепных ядерных реакций
является тот факт, что их скорости не зависят от температуры среды, что является их
основным преимуществом перед действиями с тепловым возбуждением.
Принцип построения атомной энергетики.
Элементы ядерной физики
Строение атомов, ядер
Как понятно, все в мире состоит из
молекул, которые представляют собой
сложные комплексы взаимодействующих
атомов. Молекулы - это наименьшие
частицы вещества, сохраняющие его
характеристики. В состав молекул входят атомы
разных химических частей.
Химические элементы состоят из атомов одного типа.
Атом, мелкая частица химического элемента, состоит из "тяжелого" ядра и вращающихсявокруг электронов.
Ядра атомов образованы совокупностью положительно заряженных протонов и
нейтральных нейтронов. Эти частицы, называемые нуклонами, удерживаются в
ядрахкороткодействующими силами притяжения, возникающими за счет обменов
мезонами, частицами меньшей массы.
Ядро элемента X обозначают как либо X-A, к примеру
уран U-235 где Z - заряд ядра, равный числу протонов, определяющий атомный номер ядра, A - массовое
число ядра, равное
суммарному числу протонов и нейтронов.
Ядра частей с одинаковым числом протонов, но различным числом нейтронов именуются
изотопами (к примеру, уран
имеет два изотопа U-235 и U-238); ядра при N=const, z=var - изобарами.
Ядерные реакции
Ядра водорода, протоны, а также нейтроны, электроны (бета-частицы) и
одиночные ядра гелия (называемые альфа-частицами), могут
существовать автономно вне ядерных структур.
Такие ядра либо по другому элементарные частицы, двигаясь в
пространстве и приближаясь к ядрам на расстояния порядка поперечных
размеров ядер, могут взаимодействовать с ядрами, как молвят участвовать
в реакции. При этом частицы могут захватываться ядрами, или после
столкновения - поменять направление движения, отдавать ядру часть
кинетической энергии. Такие акты взаимодействия именуются ядерными
реакциями. Реакция без проникания внуть ядра именуется упругим
рассеянием.
После захвата частицы составное ядро находится в возбужденном
состоянии. "Освободиться" от возбуждения ядро может несколькими
методами - испустить какую-или другую частицу и палитра-квант, или
разделиться на две неравные части. Соответственно конечным
результатам различают реакции - захвата, неупругого рассеяния, деления,
ядерного перевоплощения с испусканием протона либо альфа-частицы.
Дополнительная энергия, освобождаемая при ядерных превращениях,
частенько имеет вид потоков палитра-квантов.
возможность реакции характеризуется величиной "поперечного сечения"
реакции данного типа.
Трудности развития энергетики
Развитие индустриального общества опирается на постоянно возрастающий уровень производства и
потребления
разных видов энергии.
Как понятно, в базе производства тепловой и электрической энергии лежит процесс сжигания
ископаемых
энергоресурсов · угля
· нефти
· газа
а в атомной энергетике - деление ядер атомов урана и плутония при поглощении нейтронов.
Масштаб добычи и расходования ископаемых энергоресурсов, металлов, потребления воды, воздуха для
производства нужного человечеству количества энергии огромен, а запасы ресурсов, увы, ограничены.
В особенности остро стоит неувязка быстрого исчерпания запасов органических природных
энергоресурсов.
1 кг природного урана заменяет 20 т угля.
Мировые запасы энергоресурсов оцениваются величиной 355 Q, где Q - единица тепловой энергии,
равная Q=2,52*1017 ккал = 36*109 тонн условного топлива /т.У.Т/, т.Е. Топлива с калорийностью 7000
ккал/кг, так что запасы энергоресурсов составляют 12,8*1012 т.У.Т.
Из этого количества приблизительно 1/3 т.Е. ~ 4,3*1012 т.У.Т. Могут быть извлечены с внедрением
современной техники при умеренной стоимости топливодобычи. С другой стороны современнные
потребности в энергоносителях составляют 1,1*1010 т.У.Т./Год, и растут со скоростью 3-4% в год, т.Е.
Удваиваются каждые 20 лет.
просто оценить, что органические ископаемые ресурсы, даже если учитывать вероятное замедление
темпов роста энергопотребления, будут в значимой мере израсходованы в будущем веке.
Отметим кстати, что при сжигании ископаемых углей и нефти, владеющих сернистостью около 2,5 %,
раз в год появляется до 400 млн.Т. Сернистого газа и окислов азота, т.Е. Около 70 кг.
Вредных веществ на каждого обитателя земли в год.
внедрение энергии атомного ядра, развитие атомной энергетики снимает остроту данной трудности.
вправду, открытие деления тяжелых ядер при захвате нейтронов, сделавшее наш век атомным,
прибавило к запасам энергетического ископаемого топлива значимый клад ядерного горючего. Запасы
урана в земной коре оцениваются большой цифрой 1014 тонн. Но основная масса этого богатства
находится в рассеяном состоянии - в гранитах, базальтах. В водах мирового океана количество урана
достигает 4*109 тонн. Но богатых месторождений урана, где добыча была бы недорога, понятно
сравнимо незначительно. Поэтому массу ресурсов урана,которую можно добыть при современной
технологии и при умеренных ценах, оценивают в 108 тонн. Ежегодные потребности в уране составляют,
по современным оценкам, 104 тонн естественного урана. Так что эти запасы разрешают, как произнёс
академик А.П.Александров, "убрать Дамоклов клинок топливной недостаточности фактически на
неограниченное время".
Другая принципиальная неувязка современного индустриального общества - обеспечение сохранности
природы, чистоты воды, воздушного бассейна.
Известна озабоченность ученых по поводу "парникового эффекта", возникающего из-за выбросов
углекислого газа при сжигании органического топлива, и соответствующего глобального потепления
климата на нашей планете. Да и трудности загазованности воздушного бассейна, "кислых" дождей,
отравления рек приблизились во многих районах к критической черте.
Атомная энергетика не потребляет кислорода и имеет ничтожное количество выбросов при обычной
эксплуатации. Если атомная энергетика заменит обыденную энергетику, то способности возникновения
"парника" с тяжелыми экологическими последствиями глобального потепления будут устранены.
очень принципиальным обстоятельством является тот факт, что атомная энергетика доказала свою
экономическую эффективность фактически во всех районах земного шара. Не считая того, даже при
большом масштабе энергопроизводства на АС атомная энергетика не создаст особых транспортных
заморочек, поскольку просит ничтожных транспортных расходов, что высвобождает общества от
бремени неизменных перевозок больших количеств органического топлива.
Ядерный реактор
Ядерный реактор - это техно установка, в которой осуществляется
самоподдерживающаяся цепная реакция деления тяжелых ядер с освобождением
ядерной энергии. Ядерный реактор состоит из активной зоны и отражателя, размещенных
в защитном корпусе. Активная зона содержит ядерное топливо в виде топливной
композиции в защитном покрытии и замедлитель. Топливные элементы традиционно
имеют вид тонких стержней. Они собраны в пучки и заключены в чехлы. Такие сборные
композиции именуются сборками либо кассетами.
Вдоль топливных частей двигается теплоноситель, который принимает тепло ядерных
перевоплощений. Нагретый в активной зоне теплоноситель двигается по контуру
циркуляции за счет работы насосов или под действием сил Архимеда и, проходя через
теплообменник, или парогенератор, отдает тепло теплоносителю внешнего контура.
Перенос тепла и движения его носителей можно представить в виде обычный схемы:
1.Реактор
2.Теплообменник, парогенератор
3.Паротурбинная установка
4.Генератор
5.Конденсатор
6.Насос
Классификация ядерных реакторов
Ядерные реакторы делятся на несколько групп:
· в зависимости от средней энергии диапазона нейтронов - на быстрые, промежуточные и
термо;
· по конструктивным особенностям активной зоны - на корпусные и канальные;
· по типу теплоносителя - водяные, тяжеловодные, натриевые;
· по типу замедлителя - на водяные, графитовые, тяжеловодные и др.
Для энергетических целей, для производства электроэнергии используются:
· водоводяные реакторы с некипящей либо кипящей водой под давлением,
· уран-графитовые реакторы с кипящей водой либо охлаждаемые углекислым газом,
· тяжеловодные канальные реакторы и др .
В будущем будут обширно применяться реакторы на стремительных нейтронах, охлаждаемые жидкими
сплавами (натрий и др.); В которых принципиально реализуем режим воспроизводства топлива, т.Е.
Сотворения количества делящихся изотопов плутония Pu-239 превышающего колич ество расходуемых
излотопов урана U-235. Параметр, характеризующий воспроизводство топлива именуется плутониевым
коэффициентом. Он указывает, сколько актов атомов Pu-239 создается при реакциях захвата нейтронов в
U-238 на одмин атом U-235, захва тившег о нейтрон и претерпевшего деление либо радиационное
перевоплощение в U-235.
Реакторы с водой под давлением.
Реакторы с водой под давлением занимают видное место в мировом парке энергетических реакторов.
Не считая того, они обширно употребляются на флоте в качестве источников энергии как для надводных
судов, так и для подводных лодок. Такие реакторы относительно компактны, просты и надежны в
эксплуатации. Вода, служащая в таковых реакторах теплоносителем и замедлителем нейтронов,
относительно дешева, неагрессивна и владеет хорошими нейтронно-физическими качествами.
Реакторы с водой под давлением именуются по другому водоводяными либо легководными. Они
выполняются в виде цилиндрического сосуда высокого давления со сьемной крышкой. В этом сосуде
(корпусе реактора) располагается активная зона, составленная из топливных сборок (топливных кассет)
и подвижных частей системы управления и защиты. Вода входит через патрубки в корпус, подается в
пространство под активной зоной, двигается вертикально вверх вдоль топливных частей и отводится
через выходные патрубки в контур циркуляции. Тепло ядерных реакций передается в парогенераторах
воде второго контура, более низкого давления. Движение воды по контуру обеспечивается работой
циркуляционных насосов, или, как в реакторах для станций теплоснабжения, - за счет движущего
напора естественной циркуляции.
Кипящие реакторы
1.Реактор
2.Парогенератор
3.Циркуляционный насос
Схема ядерного
реактора в Англии
Ядерный реактор (фото)
Ядерный реактор (фото)
Ядерный реактор (фото)
Ядерный реактор (фото)